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1、目 录1 引言12 实验部分32.1仪器和试剂32.1.1 仪器42.1.2 试剂42.2 实验步骤53 反应结果与讨论53.1 溶剂不同对产率的影响53.2 催化剂不同对实验产率的影响63.3 反应物加入量对实验的影响73.4 温度不同对实验产率的影响83.5反应方程式和机理84 结论9致谢10参考文献108脯氨酸催化下aldol缩合反应研究作者: 指导教师: （海南师范大学 化学与化工学院，海口，571158）摘 要： 本文探究以脯氨酸为催化剂，在碱性条件下催化环己酮和苯甲醛的aldol缩合反应的最佳条件。采用控制变量法分别探究改变环己酮和苯甲醛的比例、温度、催化剂和溶剂等实验因素对实验的
2、影响，用氢氧化钾和碳酸钾提供碱性环境做两组对比试验，实验反应后得到的混合物中含有少量的2,6-二苄叉基环己酮和大部分的邻苄叉基环己酮和一些未参与反应苯甲醛，分离过柱得产物邻苄叉基环己酮。继而得出最佳反应温度为室温 、最佳溶剂为DMSO溶剂、反应物环己酮和苯甲醛物质的量最佳之比为2:1。关键词：脯氨酸； aldol； 环己酮； 苯甲醛； 催化剂Research on aldol condensation reactionunder the catalysis oforganicAuthor: Fang Wen-Chao Tutor Professor: Wu Lu-Yong ( College
3、of Chemistry and Chemical Engineering, Hainan Normal University, Haikou, 571158 )Abstract:This article explores the optimal conditions for proline as a catalyst under basic conditions catalyze cyclohexanone and benzaldehyde aldol condensation reaction. With control of variables obtained explore chan
4、ges affect experimental factors were the proportion of cyclohexanone and benzaldehyde、 temperature、catalyst and solvent on the experiment, two groups do provide a basic comparison test environment, test reactions with potassium hydroxide and potassium carbonate the mixture contains a small amount of
5、 2,6-benzylidene cyclohexanone and most o benzylidene cyclohexanone, and some was not involved the reaction of benzaldehyde, Separate adjacent product column to benzal radical cyclohexanone. Then the optimum reaction temperature is room temperature, the best solvent for DMSO solvent, reaction of cyc
6、lohexanone and benzaldehyde molar ratio is 2:1 the best.Keywords: Proline ; aldol; cyclohexanone; benzaldehyde; Catalyst1 引言 在过去的十年间，有机小分子催化下有机合成反应，成为继过渡金属催化和酶催化下催化后的重点课题。1-3有机小分子催化剂不仅能够避免过渡金属对环境的潜在危害，相比于其他催化剂其有很多的优点实其他催化剂所不具备的因此，成为有机化学界的研究热点领域。脯氨酸，是自然界中含量比较丰富的一种结构简单的最小氨基酸, 它能够催化多种类型的化学反应。4-6 这种氨基酸兼
7、具了生物体系中酶的生物活性却没有生物酶的一些缺点，同时其廉价、无毒等优点，因而近几年来被人广泛研究和关注。目前，脯氨酸催化下的酮醛缩合反应、Mannich反应、迈克尔加成反应等反应中，都取得了很好的结果（如图1）。7-8尽管这类缩合反应已被广泛研究，但是在这类经典的缩合反应中，常需要大量的酸或碱来催化该反应，其缺点是产率低，副反应多。在众多的不饱和酮和芳香类醛缩合反应中，当酮的结构上有多个反应位点时，在单缩合反应的同时，酮易于与双分子醛反应得到双缩合产物，尤其在环酮与芳香醛的缩合中该副反应尤其严重。由于反应难以控制，且产物难以分离，使得这类反应缺乏应用价值。因此，研究并发展高效率快捷、高度选择
8、性的酮醛缩合反应是有机合成化学的重要课题之一。 根据有关资料显示。对于制备邻苄叉基环己酮这类不饱和酮常见使用方法有很多种，选择的催化剂也有很多。例如2011年MohammadM.Mojtahee小组9利用不饱和酮和芳香类醛在 TMSNMe2和MgBr2OEt2下生成-不饱和酮（如图2）。2012年Xu Zhang10和其小组人员直接用苯甲醛和环己酮制取邻苄叉基环己酮，但产率只有29%（如图3）。2013年Dan Liu和其小组人员直接用环己酮、吗啡啉和苯甲醛制取邻苄叉基环己酮11（如图4）。2014年Lindsey O. Davis和其小组人员使用环己酮的亚胺衍生物和苯甲醛制得-不饱和酮12（
9、如图5）。研究以脯氨酸来催化不饱和酮和芳香类醛的aldol缩合13尤其重要， 所以选取以脯氨酸为催化剂探究以环己酮和苯甲醛为反应原料制备邻苄叉基环己酮这一经典酮醛缩合反应做为本次论文课题。环己酮和苯甲醛反应生成物有两种分别是邻苄叉基环己酮和2-6-二苄叉基环己酮。本实验就是利用控制变量法来探究利用不同的溶剂、调节加入环己酮和苯甲醛物质的量之比和调节温度等条件在脯氨酸催化下的最佳条件。2 实验部分2.1仪器和试剂2.1.1 仪器表2.1.1仪器名称和厂家2.1.2 试剂表2.1.2试剂名称和出厂家2.2 实验步骤 取一个10ml的反应瓶向反应瓶中加入磁子，再依次加入苯甲醛、环己酮、溶剂、催化剂、
10、提供碱性环境的碱。反应混合物在室温下放在恒温磁力搅拌器上反应大于24小时。用毛细管点板用石油醚和乙酸乙酯配成20:1的溶剂展开，在紫外分析暗箱中观察是否完成反应。否则继续反应是则取溶液于干净的分液漏斗用乙酸乙酯萃取，取上层溶液用水萃取两次饱和食盐水萃取一次均取上层溶液。将溶液转至锥形瓶中加入干燥剂无水硫酸钠后再用旋转蒸发器旋至少量溶液，按1:1向溶液中加入柱层析硅胶继续璇干至粉末状。 用石油醚和乙酸乙酯配制石油醚比乙酸乙酯体积比为80:1、60:1、40:1、20:1的溶液待用 用湿法装层析柱，将柱层析硅胶和石油醚制成均匀悬浆倒入底端装有小团棉花层析柱中快速拍打柱子，将柱子装好后向柱子里加入粉
11、末状药品塞上棉花用上述配好的溶液40:1（展开若40:1展开太快可换用60:1或80:1）展开，用试管收集展开后的溶液并用毛细管点薄层板，在紫外分析暗箱中观看若有产物则收集一试管后换用20:1（比前面溶液小一个比例）的溶液继续过。用试管收集液体直到点板时发现没有物质时停止过柱子。 将收集到的试管中液体用薄层板一次按循序点板，并用20:1的溶液做展开剂展开后，在紫外分析暗箱中观看舍去没有产物的那几管溶液，每个点展开后有一个点的为所需产物，有两个点则有杂质的单独收集并按点的面积计算含杂质的混合物中产物的质量分数。用已称量质量的圆底烧瓶收集所需试管中的液体，（有杂质的单独用一个称重圆底烧瓶收集）放在
12、 RE-52AA型旋转蒸发器上璇干，璇干后称量总重量，并计算产物的产率。 3 反应结果与讨论 3.1 溶剂不同对产率的影响表1：添加不同溶剂下的aldol缩合反应产率。EntryAlkaline solventYield(%)1KOHCH3CH2OH37.42K2CO3CH3CH2OH28.53KOHDMF36.24K2CO3DMF40.25KOH H2O/6K2CO3 H2O/7KOH DMSO: H2O(4：1)9.88K2CO3DMSO: H2O(4：1)9.79KOHDMSO: H2O(10：1)/10K2CO3DMSO: H2O(10：1)/11KOHDMSO45.312K2CO3D
13、MSO49.1 通过上述实验表明，在常温下以脯氨酸为催化剂、环己酮和苯甲醛加入物质的量之比为4:1的情况下，以二甲亚枫为溶剂时在氢氧化钾和碳酸钾提供碱性环境下产率分别为45.3%和49.1%。都高于相同环境下以乙醇、二甲基甲酰胺、水、DMSO/H2O为溶剂，其中以二甲基甲酰胺为溶剂时又优于乙醇，而水在本实验中不能作为溶剂使用，到以DMSO/H2O为溶剂时，产率非常低乃至没有产物生成，如DMSO/H2O为四比一时产物低于10%、DMSO/H2O为十比一时，反应得到的是黄色液体而并非产物。3.2 催化剂不同对实验产率的影响表2：添加不同催化剂对aldol缩合反应产率的影响。EntryAlkalin
14、e CatalystYield(%)1KOHH2NCH2COOH71.52K2CO3H2NCH2COOH67.53KOHCH3CH(NH2)COOH73.84K2CO3CH3CH(NH2)COOH71.15KOHGlutamic acid39.26K2CO3Glutamic acid31.27KOHProline81.18K2CO3Proline75.5通过上述实验表明，在常温下以二甲亚枫为溶剂、环己酮和苯甲醛加入物质的量之比为2:1的情况下，以脯氨酸为催化剂时在氢氧化钾和碳酸钾提供碱性环境下产率分别为81.1%和75.5%。看上面表格2中其他数据可以看出以甘氨酸、谷氨酸、氨基丙酸为催化剂环己
15、酮和苯甲醛都可以酮醛缩合反应生成邻苄叉基环己酮。但是在相同条件下脯氨酸最适合做为本实验的催化剂其次是甘氨酸和氨基丙酸。而以谷氨酸为催化剂时反应的产率则比较低，因此谷氨酸不适合作本实验催化剂。3.3 反应物加入量对实验的影响表3改变环己酮和苯甲醛加入物质量之比对反应产率的影响。EntryAlkaline Proportion(cyclohexanone:benzaldehyde)Yield(%)1KOH1:172.92K2CO31:167.93KOH2:181.14K2CO32:175.55KOH3:167.06K2CO33:163.87KOH4:145.38K2CO34:149.1 通过以上实
16、验表明，在室温下以二甲亚枫为溶剂、脯氨酸为催化剂下以环己酮和苯甲醛为反应物制取邻苄叉基环己酮。不管环己酮和苯甲醛加入物质的量之比为多少都有邻苄叉基环己酮生成。但产率各不相同，不管是氢氧化钾还是碳酸钾提供碱性环境下，都可以看出当环己酮和苯甲醛加入物质的量之比2:1是产率达到最高。当比例逐渐升高时产率却在逐渐下降。3.4 温度不同对实验产率的影响表4： 不同温度下的反应产率。EntryT/CAlkalineYield(%)125KOH81.1225K2CO375.5350KOH36.6450K2CO340.3580KOH41.3680K2CO333.9 通过上述实验表明在环己酮和苯甲醛加入物质的量
17、之比为2:1、以二甲亚枫为溶剂、脯氨酸为催化剂的情况下。改变温度探究对苯甲醛和环己酮aldol缩合对反应产率的影响。由于其在常温下以氢氧化钾和碳酸钾提供碱性环境下产率分别为81.1%和75.5%而在50C和80C下该反应的产率均不高。 由于上述几个实验都是在加入物质量为10-3mol下操作的，所以我们在实验最佳条件下将实验所有的数据扩大十倍。即在常温下以脯氨酸为催化剂、DMSO为容积、环己酮和苯甲醛比例为2:1时测出反应产率仍然达到70%以上所以我们有理由说该条件适用于该反应。3.5反应方程式和机理 以二甲亚砜为溶剂脯氨酸为催化剂催化环己酮和苯甲醛反应制取邻苄叉基环己酮的反应方程式为 在碱性环
18、境下脯氨酸催化环己酮和苯甲醛反应制取邻苄叉基环己酮的反应机理如下4 结论对于环己酮和苯甲醛反应制取邻苄叉基环己酮这反应用控制变量法一次探究了环己酮和苯甲醛加入量之比、几种常见的反应溶剂的选取、几种催化剂的选取、反应是否使用于常量、反应所需温度等因素，这些条件的探究结果如下。实验表明对于环己酮和苯甲醛反应制取邻苄叉基环己酮这一反应，当环己酮和苯甲醛加入量之比为2:1是最适合给反应，当高于和低于这个比例时产率都降低，而该反应的最佳溶剂为二甲亚枫、最佳的催化剂为脯氨酸、最佳温度为室温。并且该条件适用于常量下的反应。在上述条件下邻苄叉基环己酮的产率是最高的,产率达到75%到85%之间，并且反应条件易于
19、控制产物易于分离。致谢 本论文从选题到完成每一步都离不开我的指导老师吴禄勇老师的帮助，在论文的创作过程中我遇到过很多困难也有很多的困惑，但在吴老师的指导和帮助下使我逐渐的克服了难题一步一步的将论文写好，感谢吴老师在这几个月中的帮助。除了吴老师的帮助外我还要感谢彭潇楚等学妹学弟们，在实验室里多亏了她们的帮助，使我能够快速熟练地完成本论文实验。 最后对所有给予我帮助和支持的同学表示最诚挚的谢意和最美好的祝福。参考文献1李昆,杨国强,刘媛媛,张万斌.手性双金属催化剂及其在不对称反应中的应用J.有机化学.2013,(33):749-759.2 李楠,刘伟军,龚流柱. 手性有机小分子催化最新进展J. 化
20、学展,2010,22(7):1362-1379.3 Dalko, P. I. Comprehensive Enantioselective Organocatalysis: Catalysts, Reactions, and Applications. Weinheim, Germany : Wiley-VCH, 2013.4 Special issue on organocatalysis: Chem. Rev. 2007,107: 54135883.5 汪辉员,李丽丽,林伟,黄志斌,史达清. L-脯氨酸催化的杂环化合物的合成研究进展J. 有机化学,2013,33(8):1616-1627.
21、6 魏晓芳.光学活性脯氨酸催化的不对称有机合成反应J. 有机化学,2005,12:124-130.7 List, B. Proline-catalyzed asymmetric reactions. Tetrahedron, 2002, 58: 5573-5590.8 Mukherjee, S., Yang, J. W., Hoffmann, S., List, B. Chem. Rev. 2007, 107: 54715569.9Mohammad M. Mojtahedi, M. Saeed Abaee,Mehdi Khakbaz,Tooba Alishiri,Maedeh Samianif
22、ard,A.Wahid Mesbah,a Klaus Harmsb.An Efficient Procedure for the Synthesis of a,b-Unsaturated Ketones and ItsApplication to Heterocyclic SystemsJ.Synthesis 2011，(23):3821-382610Xu Zhang, Yan Xiong, Shuting Zhang, Xuege Ling, Jinyue Wang ,Changguo Chen.Aldol Condensations of Aldehydes and Ketones Cat
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